Запирания тиристора

На 9.6, а приведена схема однофазного мостового инвертора напряжения на полностью управляемых вентилях (обратить внимание на изображение запираемого тиристора).

Таким образом, существуют тиристоры, запираемые и не-эапираемые по управляющему электроду. Запираемый тиристор — это тиристор, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот при подаче на управляющий электрод сигналов соответствующей полярности. Но и для запираемого тиристора существует максимально допустимый постоянный запираемый ток /Зтах — наибольшее значение основного тока, до которого допускается запирание тиристора по управляющему электроду. При использовании в мощных устройствах запираемые тиристоры обладают преимуществами перед транзисторами, поскольку тиристоры способны выдерживать значительно большие напряжения в закрытом состоянии.

Запираемый тиристор конструктивно и принципиально подобен обычному незапираемому тиристору. Главной особенностью запираемого тиристора является то, что по управляющему электроду такого

3.71, Схема замещения запираемого тиристора

На 9.6, а приведена схема однофазного мостового инвертора напряжения на полностью управляемых вентилях (обратить внимание на изображение запираемого тиристора).

Устройство запираемого тиристора:

Выключение структуры запираемого тиристора возможно также и путем снижения тока нагрузки ниже некоторого уровня, называемого током удержания. Для увеличения рабочей области анодных токов целесообразно иметь как можно меньшей величину тока удержания. Данный параметр пропорционально зависит прежде всего от токов, протекающих через технологические шунты эмиттерных переходов структуры и усилительных свойств составляющих транзисторов. Наименьшее значение тока удержания достигается в структурах без шунтирующих обла-

альной структуры запираемого тиристора на большие токи (до 3 ..4 кА), в которой все параллельные ячейки имеют примерно одинаковое время выключения. При подаче отрицательного смещения в цепь электрода управления происходит быстрое увеличение запирающего тока практически до уровня анодного, при этом происходит одновременное обесточива-ние катодных п+-областей структуры ( 2.55). Анодный ток как бы переключается в цепь электрода управления, а рабочая часть структуры из четырехслойной преобразуется в трехслойную, аналогичную р-л-р-тран-зистору, который быстро запирается в режиме оборванной базы. Эти тиристоры получили название GCT Структура данного тиристора на ток 4 кА состоит из двух тысяч сегментов, каждый из которых способен запирать ток порядка 2 А. Реализована структура на полупроводниковой пластине диаметром около 90 мм. Ведутся разработки монолитной структуры GCT с антипараллельным диодом, получившей название RGCT, т.е GCT с обратной проводимостью Для переключения полного анодного тока в управляющую цепь GCT требуется не только специальная конструкция соединения контактных площадок с сегментами кристалла, но и низкоиндуктивная цепь подключения формирователя импульсов управления. Поэтому разрабатываются также специальные конструкции GCT с интегрированным формирователем, получившим название IGCT, т.е. интегрированный GCT ( 2.56).

Структура высоковольтного запираемого тиристора (pnvpn-структура)

Временные параметры запираемого тиристора (GTO): включение (а), выключение (б)

Влияние тока нагрузки на временные параметры: биполярного транзистора (а), МДП-транзистора (б), IGBT (в), СИТ г) и запираемого тиристора GTO (д)

Если, как было показано (см. § 9.4), управляемые выпрямители могут работать при нулевом угле управления (а = 0), то для инверторов такой режим невозможен, и угол опережения р всегда должен быть больше некоторого минимального значения pmin. Это объясняется тем, что для запирания тиристора необходимо некоторое время. Если к моменту времени to/ = 0 тиристор не будет заперт, то он вступит в работу повторно и инвертор «опрокинется».

Угол опережения р и в трехфазной схеме инвертора должен обеспечивать угол коммутации у и время запирания тиристора.

Разряд конденсатора Ск заканчивается после запирания тиристора ТР\, после чего начинается его перезаряд через полуобмотку 1 и открытый тиристор TPz от источника питания Е (полярность напряжения на конденсаторе указана в скобках). В результате, как и в предыдущей полупериод, через вторичную обмотку трансформатора протекает переменный ток.

Схема, изображенная на 7.33, б, используется при широтно-импульсном и комбинированном регулировании. В рассматриваемой схеме импульсный прерыватель имеет два тиристора: главный 71 и вспомогательный 72. Главный тиристор 71 запирается коммутирующим конденсатором С„, подключаемым к тиристору 71 в требуемые моменты времени вспомогательным тиристором 72. После запирания тиристора 71 коммутирующий конденсатор заряжается от источника питания через тиристор 72 и якорь двигателя, а после повторного открытия главного тиристора 71 перезаряжается через цепочку, содержащую индуктивность L\ и диод Д\, и приобретает полярность, требуемую для последующего запирания тиристора 71.

Схему, изображенную на 11.65, б, используют при широтно-импульсном и комбинированном регулировании. В этом случае импуль сный прерыватель имеет два тиристора: главный Т1 и вспомогательный 72. Запирание главного тиристора 7/ осуществляется коммутирующим конденсатором Ск, который подключается к тиристору 7/ в требуемые моменты времени вспомогательным тиристором 72. После запирания тиристора Т1 коммутирующий конденсатор заряжается от источника питания через тиристор Т2 и якорь двигателя, а после повторного открытия главного тиристора Т1 перезаряжается через цепочку .содержащую индуктивность L1 и диод Д1, и приобретает полярность, требуемую для последующего запирания тиристора 77.

При подаче напряжения питания коммутирующие конденсаторы С1 и С2 заряжаются от обмоток трансформатора Тр через диодные мосты ВМ1 и ВМ2 с полярностью, указанной на 6.20, а без скобок. При отпирании тиристора VI обеспечивается эквппотенциалыюсть точек а, Ь, с трансформатора Тр и к нагрузке прикладывается напряжение ?/,,= /72m sin со/. Конденсатор С1 перезаряжается через тиристор VI и обмотку W1 дросселя L, приобретая полярность, указанную на рисунке в скобках. Для запирания тиристора VI отпирается тиристор V2 И КОНДеНСаТОр С2 перезаряжается через тиристор V2 и обмотку W2 дросселя L. На обмотке W2 дросселя наводится э.д.с., под действием которой тиристор VI запирается. При отпиоа-нии тиристора V2 обеспечивается эквипотенциальность точек а', Ь', с', т. е. нагрузка оказывается закороченной через диод-

ный мост ВМ2 и тиристор V2 и обеспечивается непрерывность гока нагрузки, если последняя является активно-индуктивной. Для запирания тиристора V2 отпирается тиристор VI и т. д.

Рассмотрим кривую анодного напряжения на тиристоре V/ на временных диаграммах 6.7, б. Для осуществления надежного запирания тиристора после того, как через него проходил ток, необходимо, чтобы в течение интервала, длительность которого не менее /п, к тиристору было приложено обратное напряжение. Время выключения /Б является паспортным параметром тиристора (см. § 1.8). По диаграммам 6.7,6 видно, что отрицательное анодное напряжение поддерживается на тиристоре на интервале длительностью (р—Y)- Следовательно, надежное запирание тиристоров выполняется при условии (р—^}^wtv, ограничивающем угол pm/u = o)/i)+Y- При невыполнении этого услоппя тиристор при появлении на аноде положительного напряжения вновь включится в работу без управляющего сигнала. Одновременная проводимость двух тиристоров инвертора приведет к короткому замыканию трансформатора и источника постоянного тока, дальнейшая коммутация тиристоров окажется невозможной и возникнет аварийный режим, называемый опрокидыванием инвертора.

Если, как было показано, управляемые выпрямители могут работать при нулевом угле управления (а = 0), то для инверторов такой режим невозможен и угол опережения Р всегда должен быть больше некоторого минимального значения pmin. Это объясняется тем, что для запирания тиристора необходимо некоторое время. Если к моменту времени cat = 0 тиристор

выключения (для запирания) тиристора, от основного тока

Из сказанного выше следует, что тиристор является прибором, управляемым не полностью, так как подачей импульса тока управления можно только открыть тиристор, а запереть его током управления нельзя. Для запирания тиристора нужно снизить анодный ток до значения, меньшего тока удержания, т. е. воздействовать не на управление, а на силовую цепь. В этом отношении свойства тиристора подобны свойствам ионных приборов, например тиратронов. Это обстоятельство несколько снижает возможности применения тиристоров в схемах коммутации цепей.